Smadzeņu savienojamības izmaiņas miega laikā, izmantojot slēgta cikla transkraniālu neirostimulāciju, prognozējot metamāmiņas jutību, 1. daļa

KOPSAVILKUMS

Metamoria ietver spēju pareizi spriest par mūsu atmiņu precizitāti. Atmiņu izgūšanu var uzlabot, izmantojot transkraniālo elektrisko stimulāciju (tES) miega laikā, taču pierādījumi par metamiņas jutīguma uzlabošanos ir ierobežoti.

Atmiņas izguve attiecas uz smadzenēs saglabātās informācijas izguves procesu, izmantojot dažādus līdzekļus, kad notiek atmiņas aizmirstība. Mūsu ikdienas studiju dzīvē atmiņas atgūšana ir ļoti svarīga saikne. Tas var ne tikai palīdzēt mums nostiprināt iegūtās zināšanas, bet arī uzlabot atmiņu.

Atmiņa ir cilvēka spēja saglabāt un atsaukt informāciju, un tā nav atdalāma no mācīšanās. Tikai ar spēcīgu atmiņu mēs varam apgūt vairāk zināšanu un prasmju un ieņemt lielāku lomu mūsu ikdienas dzīvē.

Atmiņas izguve un atmiņa ir cieši saistītas. Atmiņas izgūšana ir tad, kad mums ir jāizmanto noteiktas zināšanas, mēs tās meklēsim un atgādināsim, un šis meklēšanas un atsaukšanas process ir atmiņas izgūšana. Ja mūsu atmiņa nav pietiekami spēcīga, mums būs grūtības atgūt atmiņu un mēs varam aizmirst, kas ietekmēs mūsu mācīšanās efektu un veiktspēju.

Tāpēc atmiņas uzlabošana nav vienkārša lieta, taču mēs varam izmantot dažas zinātniskas metodes un paņēmienus, lai palīdzētu uzlabot atmiņu. Piemēram, mēs varam nostiprināt atmiņu, atkārtoti mācoties, izmantot asociācijas prasmes, lai vēl vairāk padziļinātu atmiņu, vai dažādos veidos aktivizēt savas smadzenes, lai vēl vairāk uzlabotu atmiņu.

Īsāk sakot, atmiņas izguve un atmiņa ir cieši saistītas. Tikai tad, ja mums ir spēcīga atmiņa, mēs varam labāk veikt atmiņas izgūšanu un sasniegt labākus mācību rezultātus. Pietiekam drosmei izaicināt sevi, uzlabot atmiņu, nepārtraukti mācoties un praksē, un likt stabilu pamatu savai nākotnei. Var redzēt, ka mums ir jāuzlabo atmiņa, un Cistanche deserticola var ievērojami uzlabot atmiņu, jo Cistanche deserticola ir tradicionāls ķīniešu ārstniecības materiāls, kam ir daudz unikālu efektu, no kuriem viens ir atmiņas uzlabošana. Cistanche deserticola iedarbīgumu nodrošina vairākas tajā esošās aktīvās sastāvdaļas, tostarp miecskābe, polisaharīdi, flavonoīdu glikozīdi utt. Šīs sastāvdaļas var veicināt smadzeņu veselību, izmantojot dažādus ceļus.

Noklikšķiniet uz zināt 10 veidus, kā uzlabot atmiņu

Izmantojot tES, tiek uzlabota no miega atkarīga atmiņas konsolidācija, kas kopā ar metamāmiņu prasa aktivitāšu koordināciju sadalītajās neironu sistēmās, kas liecina, ka funkcionālās savienojamības pārbaude ir svarīga, lai izprastu šos procesus.

Tomēr mazie pētījumi ir pētījuši, kā funkcionālās savienojamības modulācijas ir saistītas ar vienas nakts izmaiņām metamiņas jutīgumā. Šeit mēs izstrādājām slēgta cikla īstermiņa tES metodi, kas ir bloķēta notiekošo lēno viļņu svārstību augšējos stāvokļos, lai norādītu uz specifisku atmiņu atkārtošanu cilvēkiem. Mēs izmērījām elektroencefalogrāfiskās (EEG) koherences izmaiņas pēc stimulācijas impulsiem un raksturojām tīkla izmaiņas ar grafiku teorētisko metriku.

Izmantojot mašīnmācīšanās paņēmienus, mēs parādām, ka impulsa tES izraisīja tīkla izmaiņas vairāku frekvenču joslās, tostarp palielinātu savienojamību teta joslā un palielinātu efektivitāti vārpstas joslā. Turklāt stimulācijas izraisītās beta joslas ceļa garuma izmaiņas paredzēja vienas nakts izmaiņas metamiņas jutībā.

Šie atklājumi sniedz jaunu ieskatu augošajā literatūrā, kurā pētīta atmiņas veiktspējas palielināšanās, izmantojot smadzeņu stimulāciju miega laikā, un uzsver funkcionālās savienojamības pārbaudes nozīmi, lai izskaidrotu tās ietekmi.

AUTORA KOPSAVILKUMS

Daudzi pētījumi ir parādījuši skaidru saikni starp miegu un atmiņu, proti, atmiņas tiek konsolidētas miega laikā, radot stabilākus un ilgstošākus attēlus.

Mēs jau iepriekš esam parādījuši, ka epizožu marķēšana ar specifiskiem smadzeņu stimulācijas modeļiem kodēšanas laikā un šo modeļu atkārtošana miega laikā var uzlabot šo konsolidācijas procesu, lai uzlabotu pārliecību un atmiņu lēmumu pieņemšanu (metamory).

Šeit mēs paplašinām šo darbu, lai pārbaudītu tīkla līmeņa smadzeņu izmaiņas, kas rodas pēc stimulācijas miega laikā, kas paredz atmiņas uzlabojumus. Izmantojot grafiku teorētiskās un mašīnmācīšanās metodes, mēs noskaidrojām, ka stimulācijas izraisītas izmaiņas beta joslas ceļa garumā paredzēja vienas nakts uzlabojumus metamajā.

Šis jaunais atklājums sniedz jaunu gaismu atmiņas konsolidācijas neironu mehānismiem un ierosina potenciālus pielietojumus metamiņas uzlabošanai.

IEVADS

Smadzenēm ir ievērojama spēja īsas tikšanās un epizodes, pat "vienreizējas" tikšanās, pārvērst par ilgstošām atmiņām. Tas notiek, izmantojot procesu, kas pazīstams kā atmiņas konsolidācija, kurā labilā stāvoklī esošās atmiņas tiek atskaņotas miega laikā un pārveidotas par stabilākiem attēlojumiem. Tomēr veiksmīga atmiņu atgūšana ietver kontroles procesus un lēmumu pieņemšanu, un pat atmiņas, kas tiek konsolidētas miega laikā, var būt grūti atcerēties vai atgūt, ja nav pārliecības par to patiesumu (Koriat & Goldsmith, 1996).

Metamomijas jutīgumam jeb indivīda spējai ar pārliecību spriest par savu atmiņu precizitāti ir izšķiroša nozīme mūsu atmiņu izmantošanā. Piemēram, nozieguma aculiecinieks var būt veiksmīgi iekodējis kritiskas epizodes detaļas, taču var nebūt pārliecināts par savu atmiņu, izraisot nepareizus lēmumus (Luus & Wells, 1994; Memonet al., 2003; Sporer et al., 1995). .

Tādējādi ļoti svarīgi ir uzlabot ne tikai atmiņas izgūšanu, bet arī metamiņas jutīgumu. Šeit mēs pētījām jutīguma uzlabošanos ar iejaukšanos, kamēr indivīdi gulēja. Miega laikā neironu ansambļi, kas pārstāv iepriekš kodētas atmiņas, tiek atkārtoti aktivizēti gan hipokampā, gan neokortikālajā zonā (Euston et al., 2007; Ji & Wilson, 2007; Nádasdyet al., Sirota et al., 2003; Skaggs & McNaughton, 1996;

Atmiņas atkārtojumi pārsvarā tiek novēroti lēna viļņa miega laikā, īpaši notiekošās 0,5–1,2 Hz svārstību pozitīvās fāzēs vai augšstāvokļos (Lee & Wilson, 2002; Mölle & Born, 2011). Kodēšanai raksturīgu neironu modeļu reaktivāciju pavada 12–15 Hz talamokortikālā svārstību aktivitāte, ko sauc par vārpstām, kā arī īslaicīgi augstas frekvences pārrāvumi hipokampā, ko sauc par viļņiem (De Gennaro & Ferrara, 2003; Mölleet al., 2006).

Sarežģītā atkārtojumu, vārpstu un viļņu koordinācija ir būtiska, lai atvieglotu atmiņu konsolidāciju ilgtermiņa glabāšanā vai pārsūtītu atmiņas no hipokampa uz neokorteksu (McClelland et al., 1995; McGaugh, 2000; Rasch & Born, 2013; Staresinaet al., 2015).

Atmiņu nostiprināšana var ne tikai atvieglot to vēlāku atgūšanu, bet arī var būt saistīta ar indivīda turpmāko uzticēšanos tām; proti, konsolidācija var stiprināt atmiņas un uzlabot mācīšanos (Walker & Stickgold, 2004), un pārliecība par atmiņām ir saistīta ar atmiņas precizitāti (Dallenbach, 1913).

Tādējādi konsolidācijas procesa mērķēšana ar iejaukšanos varētu dot labumu ne tikai izguves panākumiem, bet arī metamiņas jutīgumam. Pēdējo desmit gadu laikā pētnieki arvien vairāk ir pētījuši veidus, kā ar ārēju manipulāciju palīdzību veicināt atmiņas konsolidācijas procesus. Šie intervences pētījumi ir parādījuši, ka no miega atkarīgo atmiņas konsolidāciju var uzlabot divos veidos.

Pirmkārt, atmiņas reaktivāciju var aktivizēt miega laikā, atkārtoti pakļaujot indivīdus ārējiem sensoriem signāliem, piemēram, smaržām vai skaņām, kas bija klāt kodēšanas laikā (Antony et al., 2012; Oudiette & Paller, 2013; Schreiner & Rasch, 2014; Rasch et al. , 2007; Rudoy et al., 2009). Šī norādes atkārtota aktivizēšana var radīt priekšrocības konkrētu vienumu atsaukšanā, kas iepriekš bija saistīti ar norādēm.

Otrkārt, vairāki pētījumi ir parādījuši, ka transkraniālās elektriskās stimulācijas (tES) pielietošana smadzenēs noteiktās frekvencēs miega laikā var pastiprināt endogēnos elektrofizioloģiskos procesus, kā rezultātā tiek atvieglota atmiņas konsolidācija un sekojoša atpazīšana vai atsaukšana (Ketz et al., 2018; Ladenbauer et al. , 2016, 2017; Lustenbergeret al., 2016; Marshall et al., 2006, 2004;

Šie pētījumi ir parādījuši vispārēju atmiņas izguves veiktspējas palielināšanos pēc tES miega laikā. Svarīgi, ka šis ar stimulāciju saistītais ieguvums atmiņai varētu būt saistīts ar frekvencēm raksturīgām izmaiņām funkcionālajā savienojumā starp smadzeņu reģioniem (Krause et al., 2017).

Rezumējot, iepriekšējie pētījumi liecina, ka atmiņu atgūšanu var pastiprināt ar neirostimulāciju miega laikā, un tas potenciāli liecina, ka indivīdiem būtu arī lielāka metamiņas jutība vai lielāka korelācija attiecībā uz viņu atmiņas lēmumu precizitāti un pārliecību par šīm epizodēm.

Patiešām, daži pētījumi ir parādījuši saistību starp veselīgu nepārtrauktu miegu un neskartas metamiņas spriedumiem (Dauratet al., 2010). Tomēr tas tā var nebūt, jo citi pētījumi ir parādījuši disociāciju starp pirmās kārtas lēmumiem (atzīšanas spriedumi) un otrās kārtas lēmumiem (uzticības spriedumi; Del Cul et al., 2009; Hebart et al., 2016; Rounis et al. al., 2010).

Tas ir svarīgi, jo atmiņas pārliecība laika gaitā var samazināties (Shapira & Pansky, 2019), izraisot kļūdas atmiņas ziņojumos un sliktāku lēmumu pieņemšanu.

Ir pierādīts, ka prefronta garozas neironu stimulācija uzlabo atmiņas uzraudzību vispārīgu zināšanu jautājumiem (Chua& Ahmed, 2016; Chua et al., 2017), un teta sprādziena stimulācija, lai nomāktu frontopolārā garozas aktivitāti, ietekmēja metakognitīvos spriedumus (Ryals et al. , 2016), liekot domāt, ka tEStechniques varētu būt efektīvas, lai uzlabotu un uzturētu atmiņas jutīgumu tikko uzņemtām kodētām epizodēm.

Patiešām, nesenais darbs mūsu laboratorijā ir parādījis, ka unikālus tES spatiotemporālos amplitūdas modulētos modeļus (STAMP) var izmantot, lai uzlabotu miega konsolidāciju un specifisku epizodisku atmiņu spriedumu jutīgumu, kas iegūti ieskaujošā virtuālajā realitātē (Pilly et al., 2020).

Šajā rakstā mēs paplašinām iepriekšējo darbu pie atmiņas atkārtotas aktivizēšanas, pētot funkcionālās savienojamības izmaiņas pēc īslaicīgiem tES modeļiem (proti, STAMP) miega laikā.

Iepriekš tika pierādīts, ka funkcionālo savienojamību ietekmē tES nomoda laikā (Polanía et al., 2011, 2012), kā arī atmiņas konsolidācija miega laikā (Mölleet al., 2004). Turklāt tiek uzskatīts, ka atmiņu konsolidācija smadzenēs ir asistēmas līmeņa process, jo to atbalsta īsa un liela attāluma komunikācija starp smadzeņu struktūrām (Staresina et al., 2015).

Tas, visticamāk, ir līdzīgs metamāmiņai, jo pētījumi liecina, ka savienojums starp sadalītu smadzeņu apgabalu tīklu, ieskaitot frontālo garozu, precuneus un hipokampu, atbalsta atmiņu un metakognitīvos spriedumus (Baird et al., 2013; Molenberghs et al., 2016; Morales et al., 2018; Ren et al., 2018; Ye et al., 2019).

Tādējādi ir ļoti svarīgi saprast, kā funkcionālās savienojamības izmaiņas ir saistītas ar šo procesu; tomēr, cik mums zināms, līdz šim nevienā pētījumā nav pētīts, kā funkcionālās savienojamības izmaiņas miega laikā stimulācijas dēļ varētu ietekmēt vai būt saistītas ar atmiņas konsolidācijas un lēmumu pieņemšanas procesiem.

Lai pārbaudītu funkcionālās savienojamības izmaiņas, mēs izmantojām EEG koherences mērījumus (Nunez, 1995), jo īpaši iedomāto saskaņotības daļu (Nolte et al., 2004), un savienojamības pazīmes izvilkām no koherences datiem, izmantojot grafu teorētiskās analīzes (Bullmore & Sporns). , 2009;Sporns, 2003).

Šī pieeja modelē smadzeņu funkcionālo savienojamību kā savstarpēji savienotu grafiku un ļauj izpētīt attiecības starp tīkla struktūru un funkciju.

Lai gan mūs interesēja savienojamības izmaiņas vārpstas joslā, mēs paplašinājām analīzi, iekļaujot vairākas citas frekvenču joslas, jo aktivitāte daudzās spektrālajās joslās ir bijusi saistīta ar atmiņas procesiem (Hanslmayr & Staudigl, 2014; Hanslmayr et al., 2012; Lisman & Jensen, 2013). Pēc tam mēs izmantojām uz mašīnmācīšanos balstītas metodes, lai noteiktu svarīgās grafiku teorētiskās iezīmes, lai atšķirtu aktīvās un fiktīvas stimulācijas apstākļus, kā arī prognozētu epizodiskās atmiņas uzvedības izmaiņas naktī.

Tādā veidā mēs sniedzam jaunu ieskatu funkcionālās savienojamības modulācijās pēc impulsa tES, kas ir saistītas ar izmaiņām metamiņas jutībā specifiskām epizodiskām atmiņām.

MATERIĀLI UN METODES

Šajā rakstā minētie dalībnieki ir tā pati dalībnieku grupa no Pilly et al. (2020). Viņi saņēma unikālus īsus tES (proti, STAMP) telpiskos modeļus epizodiskās informācijas kodēšanas laikā, no kuriem puse tika atkārtoti lietota lēno viļņu svārstību (SWO) laikā nākamajās naktīs, lai norādītu uz konkrēto saistīto atmiņu atkārtotu aktivizēšanu (aktīvs stāvoklis).

Citā brīdī tās pašas personas arī veica atmiņas uzdevumu bez smadzeņu stimulācijas (viltīgs stāvoklis).

Tāpēc mūs interesēja ne tikai funkcionālās savienojamības izmaiņas, kas atšķīrās starp Active un Sham stimulācijas apstākļiem, bet arī savienojamības izmaiņas pēc STAMP, kas bija saistītas ar izmaiņām specifisku epizodisku atmiņu atsaukšanā no pirms miega uz pēcmiega.

Dalībnieki

Kopumā eksperimentu pabeidza 30 veseli dalībnieki, kuri tika pieņemti darbā, izmantojot skrejlapas, kas izvietotas ap Ņūmeksikas universitātes pilsētiņu un apkārtējo sabiedrību, un pēc pētījuma pabeigšanas saņēma naudas kompensāciju.

No tiem seši dalībnieki tika izslēgti no analīzēm, jo ​​vai nu aprīkojums nespēja stimulēt aktīvās nakts laikā, vai arī netika ievēroti uzdevuma norādījumi.

Miega EEG datus no papildu sešiem dalībniekiem nevarēja izmantot, lai aprēķinātu funkcionālās savienojamības mērījumus pārmērīgu artefaktu dēļ, kā rezultātā galīgajā analīzē un ziņojumos tika iekļauti N=18 dalībnieki. Visi dalībnieki sniedza parakstītu informētu piekrišanu dalībai pētījumā, ko apstiprināja Česapīkas institucionālā pārskata padome.

Visiem dalībniekiem angļu valoda bija dzimtā, viņiem bija normāla vai normāla dzirde un redze, un viņiem nebija neiroloģisko vai psihisko traucējumu vai narkotiku lietošanas anamnēzē.

Uzvedības paradigma un procedūra
Eksperimentālās procedūras izklāsts ir parādīts 1. attēlā. Eksperimentu veidoja aklimatizācijas periods, lai apmācītu dalībniekus un ļautu tiem gulēt laboratorijā, kam sekoja divas eksperimentālas naktis, kas ietvēra mācīšanos un testēšanu.

Aklimatizācijas nakts bija paredzēta tikai tam, lai dalībnieki varētu pierast gulēt laboratorijā, un EEG dati no šī perioda netika reģistrēti vai analizēti. Dalībnieki kodēja informāciju pirmajā eksperimentālajā naktī. Atmiņas uzdevums ietvēra virtuālās realitātes epizožu skatīšanu, kas tika pārvaldītas ar HTC Vive VRheadset, kam sekoja vairāki atmiņas atsaukšanas testi par detaļām no epizodēm.

Dalībnieki iekodēja 14 virtuālās realitātes vinjetes, katra no tām ilgst aptuveni minūti, attēlo notikumu virkni ar diviem vai vairākiem varoņiem, kas veic kādu darbību ap daudzdzīvokļu kompleksu. Dalībnieku apmācīšanai aklimatizācijas periodā tika izmantota papildu vinjete, kas bija garāka. Dalībniekiem tika pārbaudīta vinješu atmiņa piecās testa sesijās, kas tika veiktas 48 stundu laikā, izmantojot MATLAB iebūvētu datorizētu uzdevumu, kas nav VR.

Katrai vinjetei tika izveidoti 10 testa vienumi, kas sastāvēja no patiesiem/nepatiesiem apgalvojumiem par konkrētiem vinjetes aspektiem. Katrā no pieciem testu sarakstiem bija 28 vienumi, pa 2 katrai vinjetei. Dalībnieki ziņoja, vai testa apgalvojumi bija patiesi/nepatiesi, kā arī par viņu atsaukšanas pārliecību skalā no 1 līdz 10. Dalībnieki gulēja laboratorijā katrā no trim naktīm.

Procedūra sastāvēja no četrām eksperimentālām sesijām un vienas aklimatizācijas sesijas. Aklimatizācijas sesijā dalībnieki aplūkoja ilgu prakses vinjeti, kas atbildēja uz prakses testa jautājumiem, un pēc tam gulēja laboratorijā. Nākamajā pirmajā eksperimentālajā sesijā (1. sesija) dalībnieki kodēja eksperimentālos stimulus.

Puse dalībnieku vinješu skatīšanās laikā saņēma unikālus tES ar unikāliem STAMP (aktīvs stāvoklis), bet otra puse nesaņēma nekādu stimulāciju (fiktīvs stāvoklis). Dalībnieki saņēma pretēju stimulācijas stāvokli divās papildu eksperimentālajās naktīs, kuras šķīra aptuveni 1 nedēļa. Pēc vinjetes apskates procedūras pabeigšanas dalībniekiem tika veikts pirmais atmiņas atmiņu tests, un pēc tam viņi nakti gulēja laboratorijā. Šī nakts, nevis aklimatizācijas nakts, tika uzskatīta par "1. nakti".

Aktīvā stāvokļa dalībnieki nakts laikā saņēma pusi no STAMP, lai nakts laikā nostiprinātu konkrētas atmiņas. Turpretim fiktīvas stāvokļa dalībnieki nakts laikā nesaņēma stimulāciju. Ņemiet vērā, ka šis pētījuma dizains ļāva mums salīdzināt atmiņas veiktspēju epizodēm, kas saņēma STAMP stimulāciju kodēšanas un miega laikā (Tag & Cue), ar epizodēm, kuras tika stimulētas tikai kodēšanas laikā (Tag & No Cue). Savienojamības analīzēs mēs koncentrējāmies uz Tag & Cue un Sham (bez kodēšanas vai miega stimulācijas) apstākļiem.

Pēc tam, kad dalībnieki pamodās, viņiem tika veikts otrs atmiņas tests, un eksperimentālā sesija noslēdzās. Otrā eksperimentālā sesija (2. sesija) notika vakarā pēc pirmās sesijas. Dalībniekiem vakarā tika veikta trešā atmiņas pārbaude, viņi devās gulēt, un saņēma vēl vienu atmiņas pārbaudi pēc pamošanās.

Šis otrais miega periods laboratorijā tika uzskatīts par "2. nakti". Aktīvie grupas dalībnieki nakts laikā kārtējo reizi saņēma zīmogus. Pēdējā atmiņas pārbaude tika veikta vēlāk vakarā. Pretējā stimulācijas stāvoklī (3. un 4. sesija) dalībnieki apskatīja jaunu 14 vinješu komplektu un 2 dienu laikā tika ievadīti atbilstoši atmiņas atcerēšanās testi. Tādā veidā eksperiments bija subjektu iekšēja manipulācija, un aktīvajiem un fiktīvajiem apstākļiem notika aptuveni 1 nedēļas intervāls.

Stimulācijas nosacījumu secības piešķiršana (Aktīva vispirms pret viltus pirmo), kā arī vinješu piešķiršana tika līdzsvarota starp dalībniekiem. Šajā rakstā sniegtās analīzes koncentrējas uz nakti 2, kur tika konstatēta lielākā STAMP stimulācijas ietekme uz uzvedību (sīkāku informāciju skatiet Pilly et al., 2020).

For more information:1950477648nn@gmail.com